1.1. Latar Belakang
Ekosistem perairan sering dijadikan tempat bermuaranya buangan limbah, baik limbah domestik maupun non domestik seperti limbah industri maupun pertambangan. Dengan adanya sifat fisika kimia air dan didukung dengan letak topografinya yang khas, tekanan-tekanan terhadap lingkungan dari kegiatan pembanguna n baik dari kegiatan pembangunan yang terjadi di ekosistem perairan itu sendiri maupun yang berasal dari kegiatan pembangunan yang terjadi di luar ekosistem perairan, pada akhirnya akan masuk ke dalam perairan, akibatnya dapat terjadi perubahan pada kualitas air di ekosistem perairan tersebut. Bahkan bukan hanya itu saja, akibat dari kegiatan pembangunan ini telah mengakibatkan terakumulasinya bahan-bahan beracun dan berbahaya (B3) dan banyak diantaranya telah mengalami kerusakan sampai pada tingkat yang melampaui daya dukung lingkungan (di luar batas toleransi), padahal air merupakan kebutuhan pokok bagi seluruh makluk hidup.
Dalam limbah industri, seringkali terdapat bahan pencemar yang sangat membahayakan seperti logam berat merkuri (Hg). Logam merkuri kebanyakan terdapat pada pertambangan emas, industri pembuatan bahan kimia (klorin, natrium hidroksida, pestisida), kosmetik, pembuatan alat-alat kedokteran dan pelengkap pengukuran (barometer, termometer). Pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh limbah cair yang mengandung merkuri di Indonesia pada saat ini sudah banyak yang melebihi nilai ambang batas yang diperkenankan oleh pemerintah yaitu maksimal 0,005 ppm, sesuai dengan Peraturan Pemerintah No. 82 tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air. Seperti penelitian di teluk Jakarta beban pencemaran sudah mencapai 0,333 ppm (Halimah, 2002), Kalimantan Selatan pada sedimen sungai Kahayan kadar merkuri mencapai 0,310 – 0,782 ppm, sedimen sungai di Surabaya kadar merkuri mencapai 5,57 ppm (Arisandi, 2006), Sungai Cikaniki di Pongkor Jawa Barat kadar merkuri mencapai 0,100 ppm (Paryono, 2005). Logam berat merkuri tersebut jika masuk ke dalam perairan, selain mencemari perairan, logam berat juga mempunyai waktu tinggal (residence time) ribuan tahun akan mengendap
pada sedimen dan masuk serta terakumulasi dalam tubuh makluk hidup, melalui beberapa jalan yaitu; melalui pernapasan, saluran makan dan melalui kulit, sehingga dapat menimbulkan kematian (Palar, 1994).
Di luar pencemaran, sebenarnya alam sendiri mengandung merkuri dengan jumlah amat besar. Di Indonesia kandungan merkuri banyak terdapat di kawasan Jawa bagian utara sampai Lhokseumawe di Aceh. Merkuri alam terekspose ke lingkungan bila ada penggalian bumi untuk pertambangan atau perminyakan. Merkuri dalam bentuk logam sebenarnya tidak begitu berbahaya, karena hanya sampai 15 persen yang bisa terserap tubuh manusia. Tetapi begitu terekspose ke alam, dalam suasana asam ia bisa teroksidasi menjadi metil merkuri. Mikrob-mikrob tertentu juga bisa mengubah logam merkuri menjadi metil merkuri yang larut didalam air, dengan penyerapan di tubuh sampai 95 % (Darmono, 2001).
Namun penanganan merkuri sendiri memang tidak gampang. Agar tidak mencemari lingkungan sampai saat ini merkuri diperlakukan seperti radioaktif. Merkuri tidak boleh dibakar di insenerator, karena pada suhu kurang dari 400o C sudah menguap. Metode dan teknologi pengelolaan limbah harus disesuaikan dengan karakteristik limbah yang dihasilkan dari suatu kegiatan.
Metode remediasi yang berbasis fisika dan kimia telah lama dikembangkan dan diterapkan untuk mengatasi pencemaran. Dalam dua dekade terakhir penelitian dan pengembangan serta penerapan metode remediasi berbasis biologi khususnya dengan memanfaatkan mikrob yang dikenal dengan istilah bioremediasi yang mengandalkan peranan mikrob untuk menyerap, mendegradasi, mentransformasi dan mengimobilisasi zat pencemaran telah mendapat perhatian, karena mempunyai potensi untuk dapat diaplikasikan secara luas, efektif dan relatif ekonomis. Bioremediasi merupakan proses penyehatan (remediasi) secara biologis terhadap komponen lingkungan, tanah dan air yang telah tercemar oleh kegiatan manusia (Sa’id dan Fauzi, 1996). Mikrob resisten merkuri merupakan salah satu mikroorganisme yang dapat digunakan dalam metode bioremediasi. Mikrob resisten merkuri dapat mereduksi Hg2+ menjadi inert dan volatile (Hg0) yang kemudian didifusikan keluar sel melalui membran sel. Proses ini berlangsung secara intra selular oleh merkuri reduktase (Gupta et al, 1999).
Berdasarkan hal tersebut, maka perlu dilaksanakan suatu penelitian untuk mencari dan menguji aktivitas mikrob pereduksi merkuri yang dapat digunakan pada pengolahan limbah cair yang mengandung merkuri secara biologis, sehingga dapat mengurangi dampak pencemaran kualitas lingkungan oleh merkuri
1.2. Kerangka Pemikiran
Limbah cair yang mengandung merkuri merupakan salah satu bahan pencemar yang berpotensi mencemari lingkungan. Untuk mengurangi beban pencemar akibat merkuri, perlu dilakukan upaya pengolahan limbah cair yang mengandung merkuri. Pengolahan tersebut dimaksudkan untuk menurunkan kandungan bahan pencemar merkuri didalam air limbah. Bioremediasi merupakan salah satu alternatif metode pengolahan limbah cair secara biologis yang memanfaatkan mikrob pereduksi merkuri, dimana mikrob tersebut di eksplorasi dari lahan yang tercemar merkuri (Handayani, 2001). Pengeksplorasian mikrob dari lahan yang tercemar merkuri, pengoperasian peralatan dalam bioreaktor, tidak membutuhkan dana yang terlalu besar, sehingga metode ini cocok diterapkan di negara yang sedang berkembang seperti di Indonesia (Hartoto dan Sailah, 1992).
Pada penelitian menggunakan metode bioremediasi dengan sistem biorektor, dimana mikrob yang digunakan berasal dari perairan tempat penambangan emas di Pongkor Kabupaten Bogor Jawa Barat. Media pendukung di dalam bioreaktor yaitu batu vulkanik yang berdiameter 0,5 sampai 1 cm, didapatkan dari Gunung Tangkuban Perahu di Bandung Jawa Barat, dan arang aktif yang digunakan berbentuk granula dengan ukuran 0,1 sampai 0,2 cm. Limbah cair di dalam bioreaktor berjalan secara kontinyu dengan tipe aliran vertikal menanjak (up flow) dan vertikal menurun (down flow). Proses biologi yang terjadi pada batu vulkanik dipengaruhi oleh peranan mikrob, dimana batu vulkanik berfungsi sebagai tempat pertumbuhan biofilm, serta pada biofilm tersebut tempat pertumbuhan mikrob yang sangat baik, dan proses fisika dan kimia oleh peranan arang aktif berfungsi sebagai penjerap (adsorpsi) merkuri, dan diperkirakan pertumbuhan mikrob dapat melimpah di dalam biorektor, sehingga diharapkan kinerja mikrob secara enzimatik dapat maksimal untuk mereduksi kandungan merkuri di dalam limbah cair.
Limbah cair yang mengandung merkuri dibuat secara simulasi dengan konsentrasi merkuri sebesar 6 ppm, dengan pendekatan yang ada di lingkungan pada saat ini beban pencemaran merkuri sudah mencapai hampir 6 ppm pada sedimen sungai di Surabaya (Arisandi, 2006). Pada penelitian ini parameter yang dikendalikan yaitu lamanya waktu retensi hidraulik/Hidraulic Retention Time (HRT) : 30, 60 dan 90 menit dan lamanya waktu pembentukan biofilm yaitu 3, 6, dan 9 hari pada bioreaktor dengan media batu vulkanik, dan lamanya HRT yaitu: 30, 60 dan 90 menit pada media arang aktif, sehingga dapat menentukan kondisi optimum detoksifikasi merkuri dalam limbah cair pada bioreaktor. Berdasarkan uraian kerangka pemikiran di atas kemudian dirumuskan diagram alir penelitian seperti tertera pada Gambar 1.
Gambar 1. Bagan Alir Penelitian
Limbah cair Hg yang telah tereduksi Mikrob
P. psedomallei
I
ICCBBBB11551122
Data reduksi Hg pada
waktu retensi hidraulik
30, 60 dan 90 menit Data reduksi Hg pada waktu pembentukan biofilm 3, 6 dan 9 hari
serta HRT: 30, 60, dan 90 menit
Kondisi optimum detoksifikasi merkuri
dalam limbah cair mencakup lama waktu
pembentukan biofilm dan HRT Media arang aktif
HRT : 30, 60, dan 90 menit Reduksi Hg dalam bioreaktor Media batu vulkanik Waktu pembentukan Biofilm (3, 6, dan 9 hari) HRT: 30, 60,dan 90 menit Bioremediasi dengan sistem bioreaktor Limbah cair mengandung merkuri
1.3. Perumusan Masalah
Siklus merkuri di alam sangat kompleks. Ketika merkuri memasuki badan air, proses biologi akan mengubah merkuri menjadi metilmerkuri. Metilmerkuri ini bersifat toksik dan bisa terakumulasi dalam tubuh orga nisme. Metilmerkuri dapat terakumulasi pada level yang lebih tinggi melalui berbagai cara antara lain melalui rantai makanan, pernapasan dan kulit (Fardiaz, 1992).
Untuk membersihkan lingkungan dari bahan pencemaran merkuri telah banyak dilakukan dan teknologi yang digunakan semakin berkembang. Berbagai macam teknologi diantaranya, stabilisasi dan solidifikasi, soil washing, critical fluid extraction, presipitasi kimia, aeration pond, dan pembakaran dengan suhu tinggi (incenerator) (Skladany, 1993). Tekno logi fisikokimia yang telah banyak dilakukan pada beberapa pertambangan dan industri yang menghasilkan limbah berbahaya tidak dapat secara tuntas mengurangi senyawa-senyawa yang berbahaya, bahkan memungkinkan menimbulkan dampak negatif yang lebih besar.
Adanya dampak negatif dari teknologi tersebut mendorong berkembangnya penerapan metode bioremediasi. Untuk mengurangi adanya pencemaran perairan yang disebabkan oleh limbah yang mengandung merkuri dapat diterapkan metode bioremediasi dengan proses bioreaktor. Metode ini sangat dibutuhkan untuk mengatasi dampak negatif dari metode fisikokimia dan sangat penting untuk digunakan secara bersama dengan teknologi lain agar pengolahan limbah dapat diupayakan seoptimal mungkin, sehingga usaha perlindungan terhadap lingkungan akibat pencemaran merkuri dapat diatasi dengan baik.
Pada ekosistem perairan tidak hanya penting karena memiliki berbagai jenis flora dan fauna yang khas, tetapi yang lebih unik lagi adalah terdapatnya mikrob-mikrob yang mampu hidup pada kondisi keragaman yang tinggi seperti: pH rendah (acidofilik), pH tinggi (alkalofilik), suhu tinggi (termofilik). Karena kemampuan hidup dan bertahan pada kondisi ekstrim, maka kemungkinan akan dapat diisolasi mikrob tersebut, dimana enzim-enzim yang ada pada mikrob mampu bertahan dan bekerja normal dalam suasana non fisiologis dalam bioreaktor, sehingga memiliki potensi untuk dikembangkan dalam industri bioteknologi (Santosa et al, 2000).
Pseudomonas psedomallei adalah salah satu bakteri yang didapatkan dari hasil isolasi yang terdapat pada perairan yang tercemar merkuri di daerah pertambangan emas di Pongkor Kabupaten Bogor Jawa Barat. Mikrob tersebut dapat digunakan dalam metode bioremediasi karena dapat mereduksi merkuri dengan memanfaatkan enzim-enzim yang dihasilkan mikrob (Handayani, 2001). Mikrob pereduksi merkuri tersebut menghasilkan enzim organomerkuri liase
yang dapat memotong ikatan karbon merkuri dan enzim merkuri reduktase yang dapat mereduksi Hg2+ menjadi bentuk yang tidak berbahaya dan volatil menjadi Hg0. Berdasarkan uraian yang dikemukakan sebelumnya, secara umum dapat dirumuskan permasalahannya adalah:
1. Bagaimanakah kemampuan bioreaktor untuk mereduksi merkuri dengan menggunakan P. psedomallei ICBB 1512.
2. Bagaimanakah kemampuan bioreaktor yang optimum untuk mereduksi merkuri dalam limbah cair, pada berbagai lama waktu pembentukan biofilm dan HRT.
1.4. Tujuan Penelitian
1. Mengkaji kemampuan bioreaktor dengan menggunakan P. psedomallei ICBB 1512 untuk mereduksi merkuri pada berbagai lama waktu pembentukan biofilm.
2. Mengkaji kemampuan bioreaktor dengan menggunakan P. psedomallei ICBB 1512 untuk mereduksi merkuri pada berbagai HRT.
3. Menentukan kondisi optimum bioreaktor dengan menggunakan P. psedomallei ICBB 1512 untuk mereduksi merkuri dalam limbah cair, berkaitan dengan lama waktu pembentukan biofilm dan HRT.
1.5. Manfaat Penelitian
1. Sebagai bahan informasi untuk memberikan pemecahan masalah terhadap pengolahan limbah yang mengandung merkuri.
2. Mendapatkan alternatif teknologi pengolahan limbah dengan sistem bioreaktor yang memanfaatkan mikrob sebagai pereduksi merkuri sehingga dapat mengatasi pencemaran lingkungan.
1.6. Hipotesis Penelitian
1. P. psedomallei ICBB 1512 mampu mereduksi merkuri dalam waktu yang relatif singkat.
2. Lama waktu pembentukan biofilm dan lama waktu retensi hidraulik menentukan tingkat reduksi merkuri dalam limbah cair.